考研笔记 《模拟电子技术基础》（第4版）笔记和课后习题（含考研真题）详解

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形，并标出幅值。图1.3-3.7V<u;<3.7V,二极管Di、D₂均截图1.41.4电路如图1.5所示，二极管导通电压Up=0.7V,常温下Ur≈26mV,电容C对交流信号可视为短路；ui为正弦波，有效值为10mV。试问二极管中流过的交流电流有效值为多少?图1.51.5现有两只稳压管，它们的稳定电压分别为6V和8V,正向导通电压为0.7V。试问：解：(1)串联的四种情况如图1.6(a)所示，故两只稳压管串联时可得1.4V、6.7V、8.7V和14V等四种稳压值。%=14VU=6.7V或8.7VUa=1,4V(2)并连的四种情况如图1.6(b)所示，故两只稳压管串联时可得0.7V、6V等两种稳压值。1.6已知图1.7所示电路中稳压管的稳定电压Uz=6V,最小稳定电流Izmin=5mA,最大稳定图1.7(2)若负载开路，则,稳压管会因功耗过大而损坏。1.7在图1.8所示电路中，发光二极管导通电压Up=1.5V,正向电流在5～15mA时才能正常工作。试问：(1)开关S在什么位置时发光二极管才能发光?(2)R的取值范围是多少?图1.8解：(1)S闭合时发光二级管才有正向电流，才有可能发光。(2)发光二级管的正向电流过小将不发光，过大将可能损坏，UR=V-Up,据已知条件有即可得R的取值范围为0.233kQ≤R≤0.7kΩ。1.8现测得放大电路中两只管子两个电极的电流如图1.9所示。分别求另一电极的电流，标出其实际方向，并在圆圈中画出管子，且分别求出它们的电流放大系数口。图1.9解：ig=ig+ic,且基极电流较小，集电极和射极电流属于同一数量级，故(a)两个电流均是流入三极管且大小相差悬殊，故分别是基极和集电极电流，且ig=10μA,ic=1mA。。另一个电流是射极电流，从管脚流出，该管是NPN管，(b)两个电流一个流入三极管，另一个从三极管流出，故分别是基极和发射ig=5.1mA,该管是NPN管，每个管子电流大小和方向，如图1.10所示。图1.101.9测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图1.11所示。在圆圈中画出管子，并分别说明它们是硅管还是锗管。图1.11解：对于放大状态的NPN管，Vc>vB>VE,满足集电极电压最高，基极电压次之；而PNP管满足,射极电压最高，基极电压次之。两个相差比较小的电压分别是基极和发射极电压，且对于硅管，两者之间电压为0.6～0.8V;对于锗管，两者之间电压为0.1～0.3V。由此可以得出每个管子，如图1.12所示。NPNS图1.121.10电路如图1.13所示，晶体管导通时UBE=0.7V,β=50。试分析VBB为0V、1V、3V图1.13解：(1)当“=01时，三极管截止，uo=12V。uCE>uBE,可见假设成立,T处于放大状态,uo=9V。(3)当=3T时，假设三极管工作在放大区，则故假设不成立，三极管工作在饱和区，。1.11电路如图1.14所示，晶体管的β=50,U|BE|=0.2V,饱和管压降I稳定电压Uz=5V,正向导通电压UD=0.5V。图1.14当“=-5V时，,则基极电流而临界饱和基极电流为1.12分别判断图1.15所示各电路中晶体管是否有可能工作在放大状态。图1.15解：因为图(a)中T的发射结正偏，集电结有可能反偏，所以T有可能工作在放大状态。同理可得，图(b)和(e)中的晶体管可能工作在放大状态。图(c)中T的发射结反偏，所以T截止。因为图(d)中的发射结会因电流过大而损坏，所以T不可能工作在放大状态。1.13已知放大电路中一只N沟道场效应管三个极①、②、③的电位分别为4V、8V、12V,管子工作在恒流区。试判断它可能是哪种管子(结型管、MOS管、增强型、耗尽型),并说明①、②、③与g、s、d的对应关系。解：管子可能是增强型管、耗尽型管和结型管，三个极①、②、③与g、s、d的对应关系如图1.16所示。图1.161.14已知场效应管的输出特性曲线如图1.17所示，画出它在恒流区的转移特性曲线。图1.17解：在场效应管的恒流区读出每一的指，以及其所对应的纵坐标值(即iD的指),建立=坐标系，描点，连线，即可得到转移特性曲线，如图1.18所示。当幼==时，假设场效应管工作在恒流区，此时的漏极电流为=就6,故uns=Vcc-ioRa=12-0.6×3.3≈10Vuc-uesm=(8-5)V=3V。解：图(a)所示电路中的T为N沟道结型场效应管，夹断电压<欧。因为其栅-源电压有可能是0~Uas(cn,所以T有可能工作在恒流区。眼为0,栅-源电压不可大于GS(m),所以他们均处于截止状态。图(d)所示电路中的T为P沟道结型场效应管，夹断电压W②。。因为其栅-源电压有可能是0~Ues()的某值，且VD有可能Ucb>UGs(or),所以T有可能工作在恒流区。习题1.17、习题1.18本部分习题主要是利用Multisim进行电路仿真与测试，基本上没有学校的考研试题涉及到此内容，所以读者不必作为复习重点，因此，本书也就不再对此部分习题进行详细解答。1.3名校考研真题详解一、选择题1.电路如图1.25所示，设Dzi的稳定电压为6V,Dz₂的稳定电压为12V,设稳压管的正向压降为0.7V,则输出电压Uo等于()。(北京科技大学2011研)图1.25D.6V【答案】B查看答案【解析】由电压源可以判断电流方向为顺时针方向，Dzi是反向接入，Dz₂是正向接入。又由于稳压管只有工作在反向区，才表现出稳压特性，所以输出电压U。即为Dzi稳定电压6V与Dz₂正向压降0.7V之和，即6.7V。2.测得某晶体管三个电极之间的电压分别为UBE=-0.2V,UcE=-5V,UBc=4.8V,则此晶体管的类型为()(北京科技大学2010研)【答案】A查看答案【解析】由U|BE|=0.2可判断为锗管，因为硅管的IUBE|=0.7。晶体管工作在放大状态的外部条件是发射结正向偏置且集电结反向偏置，即NPN管UE<UB<Uc,PNP管Uc<UB<UE。由3.不加栅源电压，存在导电沟道的场效应管是()。(北京邮电大学2010研)A.P沟道增强型场效应管B.N沟道耗尽型场效应管C.P沟道结型场效应管D.N沟道增强型场效应管【解析】凡栅源电压为0时，漏极电流也为0的管子均属于增强型管；凡栅源电压为0时，漏极电流不为0的管子均属于耗尽型管。结型场效应管当栅源电压为0时，耗尽层较窄，导1.测量某硅BJT各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域。(5)Uc=3.6V,Un=4V,Ue=3.4V[哈尔滨工业大学2005研]UBE<0.6~0.7V;饱和(3)m=6-5.4=0.6(V).Un=Uc(4)度=4-3.6=0.4(V)<0.6V-0.7V.截止区。(5)e=4-3.4=0.6(V).Uax=3.6-3,4=0.2(V)<Ucs,2.已知某场效应管的Ipss=10mA,Up=-4V,试绘出该管的转移特性曲线，并计算在ugs=0时的gmo。[北京航空航天大学2005研]解：由题意可知，该管为结型场效应管，利对应不同的uGs求出相应的漏极电流ivp,如表1.1所示。根据表1.1所列数据作出ups为定值的转移特性曲线，如图1.26所示。可见，零偏压跨导gmo越大，表示场效应管的放大能力越强。图1.263.稳压管电路如图1.27所示，已知稳定的电压Uz=6V,允许功耗Pzm=180mW。试回答：(3)当RL=50Ω时，仍保持稳定电路正常工作，须采取什么措施?[东南大学2002研]图1.27超过了稳压管的击穿电压6V,故稳压管可击穿而进入稳压状态。因此有远小于稳压管的击穿电压6V,故稳压管不工作。因此有总其电流为限流电阻R必须符合以下关系：故取限流电阻R=42Ω。2.1复习笔记一、放大的概念和放大电路的主要性能指标1.放大的基本概念电子技术中的放大是将微弱的变化信号放大成较大的电信号，以推动负载正常工作。放大电路放大的本质是能量的控制和转换；电子电路放大的基本特征是功率放大；放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义。2.放大电路的主要性能指标(1)放大倍数：输出量X。(Uo或i0)与输入量x(v或i)之比。(2)输入电阻Ri:输入电阻是从放大电路输入端看进去的等效电阻，即(3)输出电阻R₀:从放大电路输出端看进去的等效内阻。R₀愈小，负载电阻RL变化时U₀的变化愈小，放大电路的带负载能力愈强。(4)通频带fow:频率下降使放大倍数的数值达到0.707|Am的信号频率称为下限截止频率fi;频率上升使放大倍数的数值达到0.707|Am|的信号频率称为上限截止频率fH。通频带fbw=fH—f。(5)非线性失真系数D:输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比。(6)最大不失真输出电压Uom:当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的上限输出电压。(7)最大输出功率Pom:在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率。(8)效率η:最大输出功率Pom与电源消耗的功率Pv之比，即二、基本共射放大电路的工作原理1.电路组成和各元件的作用基本共射放大电路如图2.1所示。晶体管T是核心元件，要保证集电结反偏，发射结正偏，晶体管才能工作在放大区。集电极电源Vcc为电路提供能量，并保证集电结反偏，通常为几伏到十几伏。集电极电阻Rc将变化的电流转变为变化的电压，通常为几千欧到十几千欧。基极电源VgB和基极电阻R使发射结正偏，并提供适当的静态工作点，VBB通常为几伏，,R。为几十千欧以上。图2.1基本共射放大电路2.共射电路的静态工作点在图2.1所示电路中，令U₁=0,可得到静态工作点的表达式3.放大电路的组成原则(1)直流电源：提供能量；(2)正确设置静态工作点Q,使三极管工作于放大状态；(3)输入信号能够作用于放大管的输入回路；(4)当负载接入时，必须保证放大管输出回路的动态电流能作用于负载。三、放大电路的分析方法1.静态分析和动态分析放大电路的分析总是遵循“先静态，后动态”的顺序进行，首先求出Q点，只有确定晶体管工作在放大区，动态分析才有意义。(1)静态分析静态分析时应利用放大电路的直流通路。直流通路是指在直流电源作用下的直流电流流经的通路，对于直流通路有：电容视为开路；电感线圈视为短路；信号源视为短路，保留内阻。静态分析的方法有估算法和图解法。①估算法基本共射放大电路的直流通路如图2.2所示。图2.2共射电路的直流通路图T_先估算¹B,然后在输出特性曲线上作出直流负载线，的交点即为Q点，如图2.3所示。IB对应的输出特性曲线与直流负载线图2.3利用图解法求静态工作点(2)动态分析基本共射放大电路的交流等效电路如图2.4所示。图2.4基本共射放大电路的动态分析(a)交流等效电路(b)输出电阻的分析②图解法用图解法分析电压放大倍数如图2.5所示。ddA一/图2.5利用图解法求解电压放大倍数电压放大倍数：2.波形失真分析为了得到尽量大的输出信号，要把Q值设置在交流负载的中间部分。如果Q值过低，信号进入截止区，产生截止失真(削顶失真);如果Q值过高，信号进入饱和区，产生饱和失真(削底失真)。截止失真和饱和失真统称为非线性失真。避免失真的方法：增大基极电源VBB,可以消除截止失真；增大基极电阻Rb,减小集电极电阻Rc,或者更换一只β较小的管子，可以消除饱和失真。四、放大电路静态工作点的稳定1.静态工作点稳定的必要性三极管是一种对温度十分敏感的元件。温度变化对管子参数的影响主要表现在：(2)β改变。温度每升高1℃,β值约增加0.5%~1%,β温度系数分散性较大。(3)IcBO改变。温度每升高10℃,IcBO大致将增加一倍，说明ICBO将随温度按指数规律上升。静态工作点不仅决定了输出波形是否失真，而且还影响电压放大倍数及输入电阻等动态参数，所以在设计和调试放大电路时，必须设置一个合适的静态工作点。2.稳定静态工作点的措施(1)Q点稳定的分压式偏置电路静态工作点Q稳定电路如图2.6所示，图(a)为直接耦合方式，图(b)为阻容耦合方式，它们具有相同的直流通路如图(c)所示。图2.6静态工作点稳定电路(a)直接耦合电路(b)阻容耦合电路(c)直流通路图2.6(c)所示电路Q点稳定的原因主要包括：U②在的情况下，BQ在温度变化时基本不变。(2)温度补偿法稳定静态工作点当电源电压不变时，三极管发射极电压UBEQ会随着温度的工作点不稳定。消除这种不稳定因素的方法是补偿法，如图2.7RCvRB+图2.7利用二极管VD补偿uBE变化三种基本接法的典型电路、静态分析、动态分析、性能参数、比较等归纳如表2.1所示。表2.1三种基本接法及其性能参数电路组态RRboRbOG0G西0西0静态工作点Ic=卧小信号等效电路EE见8虎事t0见0CR表2.2三种基本接法晶体管放大电路的比较R',=R//R,(低)R,(高)多级放大电路的中间级高频或宽频带电路及恒流源电流场效应管通过栅-源之间电压ugs来控制漏极电流ip,所以它和晶体管一样可以实现能量的场效应管放大电路三种基本接法的典型电路、动态分析、性能参数、判断等归纳如表2.3所表2.3场效应管放大电路一般形式(源极输出器)电路形式ooō□ōT?6电压增益A.(未考虑极间电容时)(当r.》>R.时)RRC输出电阻R.(R.为信号源内阻)特点1.电压增益大反相3.输人电阻高，输入电电阻R.决定1.电压增益小于1.但接近12.输人输出电压同相3.输人电阻高面输人电容小变换用1.电压增益大2.输出输出电压同相3.输入电阻小，输入电容小表2.4晶体管放电电路基本接法的判断bb6输出eced5d七、基本放大电路的派生电路1.复合管为了进一步改善放大电路的性能，可用多只晶体管构成复合管来取代基本电路中的一只晶体管。两只同类型(NPN或PNP)晶体管组成的复合管，等效成与组成它们的晶体管同类型的管子；不同类型晶体管组成的复合管，等效成与第一只管同类型的管子。2.复合管的组成原则(1)在正确的外加电压下，每只管子的各极电流均有合适的通路，且均工作在放大区或恒流区。2.1分别改正图2.1所示各电路中的错误，使它们有可能放大正弦波信号。要求保留电路原解：如图2.2所示，修改的部分用红色框标记。图2.3图2.22.2画出图2.3所示各电路的直流通路和交流通路。设图中所有电容对交流信号均可视为短相当于短路，电感保留，如图2.4所示。其中左侧为直流通路，右侧为交流通路。图2.4解：(a)其直流和交流通路如图2.4(a)所示，可见该电路是共射接法。Ic=βl(b)其直流和交流通路如图2.11(b)所示，可见该电路是共基接法。为求解其Q点，首先利用戴维宁定理对输入回路进行等效变换，得Ico=βln2.4电路如图2.6(a)所示，图(b)是晶体管的输出特性，静态时UBEQ=0.7V。利用图解法分别图2.6解：令=0,,得静态基极电流为(1)空载时，负载线满足,它D=204A的交点Q1即为静态工作点，(2)带负载时，输出回路的戴维宁等效如图2.7(b)所示。此时负载线满,它与Bg=20μA的交点Q2即为静态工作点。故最大不失真电压为：Um=UcEo-Ucss≈UCEO-UBE有效值为1.63V。图2.72.5在图2.8所示电路中，已知晶体管的β=80,Tbe=1kΩ,Ui=20mV;静态时UBEQ=0.7V,图2.8解：电路的交流等效回路，如图2.9所示。图2.9由此可以判断：(1)×;(2)×;(3)×;(4)√;(5)×;(6)×;(7)×;(8)√;2.6电路如图2.10所示，已知晶体管β=120,UBE=0.7V,饱和管压降UcEs=0.5V。在下列情(1)正常情况；(2)Rbi短路；(3)Rbi开路；(4)Rb₂开路；(5)Rb2短路；(6)Re短路。00R0a0aōO-ō图2.10(1)正常情况下(2)若1..短路，则由于UBE=0V,三极管截止，R.(5)若Rb₂短路，三极管因be间电压过大而损坏，若be间被烧断，则Uc=15V;若be间被烧成短路，则Uc无法判断。(6)若Rc短路，集电极直接接电源电压，故Uc=15V。2.7电路如图2.11所示，晶体管的β=80,Ib=100Ω。分别计算RL=和RL=3kΩ时的Q点、图2.11解：(1)空载时，电路的静态工作点为由此可得到be之间的动态电阻为画出交流等效回路后，可得到电路的交流参数为(2)有负载时，电路的静态工作点为由此可得到be之间的动态电阻为2.8若将图2.11所示电路中的NPN型管换成PNP型管，其它参数不变，则为使电路正常放解：(1)要将电源换成负电源。(3)若输出电压波形底部失真，则说明电路截止失真，可以通过减小消除失真。2.9已知图2.12所示电路中晶体管的β=100,Tbe=1.4kΩ。图2.12(2)若测得和的有效值分别为1mV和100mV,则负载电阻RL约为多少千欧?2.10在图2.12所示电路中，设静态时Ico=2mA,晶体管饱和管压降UcEs=0.6V。试问：当负载电阻RL=和RL=3kQ时电路的最大不失真输出电压各为多少伏?解：当电路空载时，交流与直流负载线是一条，且Uca=Vcc-ReIcg=6V,负载线过点电压为2.11电路如图2.13所示，晶体管的β=100,rbb=100Ω。(2)若改用β=200的晶体管，则O点如何变化?(3)若电容C。开路，则将引起电路的哪些动态参数发生变化?如何变化?图2.13解：(1)画出电路的直流通路后，进行静态分析因为(1+β)(R₁+R.)>(R//R),故由此可得到be之间的动态电阻为R,=R,//R//[L+(1+β)R,(2)若改用=200的晶体管，则IEg基本不变，因而UcEe也基本不变，分别为R₁=R//R//[r.+(1+β)(R₁+R.)]~4.12.12电路如图2.14所示，晶体管的β=80,Fbe=1kΩ。图2.14解：(1)电路的直流和交流通路，如图2.15所示。图2.15(2)当电路不带负载时，动态参数为R₁=R//Ir+(1+β)(R,//R)]=762.13电路如图2.16所示，晶体管的β=60,rbb=100Ω。(2)设U₈=10mV(有效值),问Ui=?U₀=?若C3开路，则Ui=?U₀=?图2.16解：(1)静态分析I=β-1.86mAUa=Kc-1(R.+R.)=4.56R=R、//n≈939Ω2.14改正图2.17所示各电路中的错误，使它们有可能放大正弦波电压。要求保留电路的共图2.17解：改正后的电路如图2.18所示，并用红色框标注。R在图2.17(a)中，为使输入信号时栅源电压不大于0,需在源极加电阻Rs,为栅-源设置负偏压。改正后的电路如图2.18(a)所示。在图2.17(c)中，T为P沟道增强型管0 田06图2.18解：(1)在转移特性中作直线'图2.19=,,它与转移特性的交于点(-2V,1mA),即为在输出特性中作直流负载线ups=VoD-ip(Rp+R),它与=-直线交的点为Q点，从而读出=(2)交流等效电路如图2.20(b)所示。可得电路的动态参数为：故,可得4=-gR=-20。2.17电路如图2.22所示。(2)若想增大4|,则可采取哪些措施?图2.22解：(1)若输出电压波形底部失真，则可通过增大R₁、R,减小R₂、Ra的方法消除。(2)可通过减小R1、减小R、增大R2来增大Ioo,从而增大8m;或者增大Ra等方法来合管，否则不能。为叙述问题方便起见，设每个复合管从左起第一只管子为Ii,第二只管子为-2,依此类推。TT电路(g)构成NPN型管，上端为集电极，中端为基习题2.19、习题2.20本部分习题主要是利用Multisim进行电路仿真与测试，基本上没有学校的考研试题涉及到一、选择题基极电流?()[中山大学2010研]B.减小【解析】输出顶部失真为饱和失真，原因是Q点过高，所以可以通过减小基极电流进行调2.若发现基本共射放大电路出现饱和失真，则为消除失真，可将()。[北京科技大学2011研]B.Rc减小C.Vcc减小【答案】B查看答案【解析】消除饱和失真的方法主要包括增大RB,减小Rc,或者更换一只放大倍数较小的管3.在放大电路中，线性失真是()。[北京邮电大学2010研]A.截止失真B.相位失真C.交越失真D.饱和失真4.单管放大电路中，无电压放大能力的组态有()。[北京邮电大学2010研]A.共集B.共基1.单管放大电路如图2.23所示，已知BJT的电流放大系数。图2.23电路图(4)如输出端接入4kQ的电阻负载，计算A=0。U及A.=U/U[西安南开大学2002研]图2.24等效电路2.电路如图2.25所示，已知晶体管的β=100,Tbe=1KQ,静态时|UREo|=0.7V,其余参数如图);输入电阻R=()≈()KQ;输出电阻R₀=()≈()KΩ。(3)空载时，若输入电压增大到定幅值，则电路首先出现()失真(饱和；截止);带3KQ负载电阻时，若输入电压增大到定幅值，则电路首先出现()失真(饱和；截止)[北京科技大学2010研]图2.25解：(1)静态分析画直流通路时，电容视为开路，信号源视为短路。Fc|=βPo|≈100×30.8×10Vcae|=Vc-IJcR=(15-3.08×10⁻³×3×10°(2)动态分析画出微变等效电路，电容Ci,C2₂短路，电源VCC对地短路。(3)①空载时，受饱和失真限制的输出电压的最大幅值3.电路参数如图2.26所示。设FET的参数为gm=0.8mS,ra=200Ω,3AG29(VT₂)的β=40,Tbe=1kΩ。试求放大电路的电压增益A和输入电阻Ri。[南开大学2006研]00RR图2.26电路图R上的电流为：图2.27等效小信号模型由KCL定律in+i±i=0.可得故由KVL定律U=U+U,可得电压增益为其中第3章多级放大电路3.1复习笔记1.直接耦合：指将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端。2.阻容耦合：指将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端。优点：各级放大器的静态工作点相互独立；放大器对高缺点：不能放大变化缓慢的低频信号(低频特性差);不易集成，所以常用分立元件放大器。3.变压器耦合：指将放大电路前级的输出信号通过变压器接到后级的输入端优点：各级的静态工作点Q相互独立，可实现阻抗变换，使负载获得最大功率。4.光电耦合：以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递。一个N级放大电路的交流等效电路可用图3.1所示方框图表示。,即2.输入电阻：多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电阻，即R,-Ra。3.输出电阻：多级放大电路的输出电阻就是最后一级的输出电阻，即R。-R。图3.1多级放大电路的方框图三、直接耦合放大电路1.直接耦合放大电路的零点漂移现象(1)产生原因：在放大电路中，任何元件参数的变化，如电源电压的波动、元件的老化、半导体器件参数随温度变化而产生的变化，都将产生输出电压的漂移。由温度变化引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移的主要原因，因而零点漂移也称温度漂移，简称温漂。若不抑制温漂，就会逐级放大。(2)抑制温度漂移的方法：①引入直流负反馈；②温度补偿；③差分放大电路。2.差分放大电路差分电路基本由稳定静态工作点的电路演变而来，具有电路对称、抑制温漂的特点。(1)长尾式差分放大电路①电路特点：加入射极电阻Re,加入负电源-VE(采用正负双电源供电)。图3.2长尾式差分放大电路②静态分析：基极回路方程IBoRb+UBEQ+2IEoRe=VEE,所以③动态分析：“双入→双出”组态对共模输入信号具有很强的抑制作用，对差模信号具有放大作用。共模放大倍数：用来描述差分放大电路对共模信号的抑制能力，即信号，也可以是正弦交流信号。差模放大倍数：差分放大电路是以牺牲一只管子的放大倍数为代价，来换取低温漂的效果，即输出电阻R。-2R.共模抑制比其值越大，说明电路性能越好。在电路参数理想对称的情况下，Ac=0,:=。(2)差分放大电路的四种接法表3.1差分放大电路的四种接法差分输入双端输出差分输入单端输出单端输入双端输出单端输入单端输出很高R(3)改进型差分放大器在差分放大电路中，用工作稳定电路来取代Re.,得到图3.3所示具有恒流源的差分放大电路。RR.“图3.3具有恒流源的差分放大电路恒流源的交流电阻很大，所以有共模放大倍数放大倍数输入电阻输出电阻3.直接耦合互补输出级(1)基本电路图3.4(a)为互补输出级的基本电路，T₁、T₂参数相同，特性对称，Ti、T₂交替工作。图3.4互补输出级的基本电路及其交越失真(a)电路(b)T₁管的输入特性(c)交越失真晶体管的实际输入特性如图3.4(b)中虚线所示，只有当lu|>Uon时，输出电压才跟随变化。因此，当输入电压为正弦波时，在“i过零附近输出电压将产生失真，即交越失真，波形如图3.4(c)所示。(2)消除交越失真的方法：设置合适的静态Q点，使两个T管处于微导通状态。3.2课后习题详解3.1判断图3.1所示各两级放大电路中，T1和T2管分别组成哪种组态(共射、共射……接法)。设图中所有电容对于交流信号均可视为短路。tc)3.2设图3.2所示各电路的静态工作点均合适，分别画出它们的交流等效电路，并写出A、图3.2解：交流等效回路如图3.3所示。图3.3多级放大电路的放大倍数等于各级放大倍数的乘积。R₁=R₁+R₁=R₁//[r+(1+β)(R₂/R.=R,R.=R,RF0RcOR图3.4(3)设图(a)所示共射放大自路的空载电压放大倍数为Aua,图(b)所示共集放大电路的空载电路的输入电阻较大，通常在信号源有内阻情况下，图(b)所示电路输出电压对信号源电压的放大倍数仍近似为1;且由于输出电阻较小，通常在带负载情况下，图(b)所示电路的电压放大倍数也仍近似为1。解：交流等效回路，如图3.5所示。+pR₂O第一级为共射放大电路，第二级为共基放大电3.5电路如图3.1(e)所示，晶体管的β为200,rbe为3kΩ,场效应管的gm为15mS;Q点合解：交流等效回路如图3.6所示。图3.6A=-g{R₂//[rL+(1+β)R,]|≈-g_R₂=3.6图3.7所示电路参数理想对称，晶体管的β均为100,Tbb=100Ω,UBEQ≈0.7。试计算Rw滑动端在中点时管T₁和T₂管的发射极静态电流IEQ,以及动态参数Aa和Rj。0R图3.7解：由于参数对称，只分析T₁管。其直流通路及输入差模信号时的交流通路如图3.8所示。图3.83.7电路如图3.9所示，已知T₁管和T₂管的β均为140,rbe均为4kΩ。试问：若输入直流信号un=20mV,u1₂=10mV,则电路的共模输入电压uie=?差模输入电压ud=?输出动态电压图3.9用时，电路获得的共模信号为ur2/2,差模信号为-un。所以当"n和ü12共同作用时，共模信号u正，差模信号"分别为：3.8电路如图3.10所示，T₁和T₂的低频跨导gm均为10ms。试求解差模放大倍数和输入电图3.103.9试写出图3.11所示电路Aa和R;的近似表达式。设T₁和T₂的电流放大系数分别为β1和图3.11解：由于电路参数对称，输入差模信号时，左侧Ti、T₂组成的复合管的交流等效电路如图3.12所示。图3.12R3.由于复合管的电流放大系数约为M,因此：R,=2[+(1+β)r₁3.10电路如图3.13所示，T₁~Ts的电流放大系数分别为β1~βs,b-e间动态电阻分别为Tbel~ATbes,写出的表达式A、R;和RoH。图3.13解：三级放大电路的交流等效电路，如图3.14所示。图3.14第一级为双端输入单端输出的差分放大电路，第二级为共射放大电路，第三级为共集放大电路。各级的输入输出电阻为：解：(1)最大不失真输出电压有效值为若RL较大，则T₁进入饱和区，使得uo=-(Vcc-UEB₃-Ucesi)≈-11V(直流)若RL较小，则T₃可能因功耗过大而损坏。图3.16本部分习题主要是利用Multisim进行电路仿真与测试，基本上没有学校的考研试题涉及到3.3名校考研真题详解差分放大电路的输入端未加输入信号时，收到附近手机造成的10微伏电磁干扰，该电路的差模放大倍数是-30,共模抑制比是80dB,则该差分放大电路的差模输出电压是(),共模输出电压是()。[北京邮电大学2010研]二、选择题1.差分放大电路中发射极接入电阻RE的主要作用是()。[北京邮电大学2010研]A.提高差模电压增益B.增大差模输入电阻C.抑制零点漂移D.减小差模输入电阻【答案】C查看答案2.图3.17电路中，电阻RE的作用是()。[北京科技大学2011研]图3.17A.仅对共模信号起负反馈作用B.仅对差模信号起负反馈作用C.对共模、差模信号都起负反馈作用D.对共模、差模信号都无负反馈作用【答案】A查看答案【解析】差动电路对共模信号具有很强的抑制作用，在差模信号作用下Re中的电流变化为零，即Re对差模信号无反馈作用，相当于短路，因此大大提高了对差模信号的放大能力。3.直接耦合放大电路在高频时，其放大倍数与中频时相比会()。[北京科技大学2011三、计算分析题Rc=6.2kΩ,Re=5.1kΩ,βi=β2=β=50,I'bbl=r'bb2=300Ω,UBEi=UBE2=0.7V。[中山大学2004研]图3.18(2)可以先画出交流等效电路，由于Is远小于射极电流IE,所以可以设Ig≈0。在共模的情况下，VT₁和VT₂的射极电流相等且均流入RE。差模时相当于VT₁和VT₂的射极均接地。单端输出时，有所以2.图示电路，已知三极管的β=100,rbe=10.3kΩ,Vcc=VEE=15V,Rc=36kΩ,RE=27Ω,Rw=100Ω,Rw的滑动端处于中点，RL=18Ω,试估算：(3)差模输入电阻。[哈尔滨工业大学2004研]图3.19解：(1)由放大电路的静态基极回路及KVL定律可得VFE-UEO=IBo·R+Ipo(I+β)(0.5R则Ic=βIBo=100×0.0026mUo=Vα-lopRc=(15-0.26×36)V=5U=-IpoR=-(2.6×2.7)mV≈因此，差模电压放大倍数为(3)差模输入电阻为3.如图3.20所示的放大电路中，已知Vcc=VEE=15V,Rc=10kQ,R=1kQ,恒流源电流I=0.2mA,假设三极管的β=50,UBEQ=0.7V,Tbel=13.5kΩ,Ibe2=1.2kΩ。(1)试分析差分输入级属于何种输入、输出接法；(2)若要求当输入电压等于零时，输出电压也等于零，则第二级的集电极负载电阻Rc3应多大?[清华大学2003研]图3.20解：第一级为差分放大电路，第二级为共射放大电路。共模信号大小为Ui,差模信号大小为±U:/2。(1)VT₂经过电阻接地，输出仅是通过VT₁的集电极，因此电路差分输入级属于单端输入、单端输出接法。(2)u;=0时，即将输入端短路，由对称性可得要使u;=0时uo=0,则在RE3上的压降应等于VEE,即Ic₃RE=VEE,则第4章集成运算放大电路4.1复习笔记一、集成运算放大电路概述集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。1.集成运算的电路结构特点(1)集成运放采用直接耦合方式；(2)元件对称性好，误差趋向性一致；(3)集成度高；(4)常用有源元件取代电阻；(5)多用“差放”作输入级，集成运放中常用复合管。2.集成运放电路的组成及其各部分的作用集成运放电路由输入级、中间级、输出级和偏置电路等四部分组成，如图4.1所示。图4.1集成运放电路方框图(1)输入级：又称前置级，它是一个双端输入的高性能差分放大电路。一般要求其输入电(2)中间级：整个放大电路的主放大器，其作用是使集成运放具有较强的放大能力，多采(3)输出级：具有输出电压线性范围宽、输出电阻小(即带负载能力强)、非线性失真小等(4)偏置电路：用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。3.集成运放的电压传输特性o-图4.2集成运放的符号和电压传输特性二、集成运算中的电流源电路1.镜像电流源，如图4.3(a)所示。2.比例电流源，如图4.3(b)所示。3.微电流源，如图4.3(c)所示。4.加射极输出器的电流源，如图4.3(d)所示。5.威尔逊电流源，如图4.3(e)所示。6.多路电流源，如图4.3(f所示。因为IEN≈IcN,所以当确定了IEo、各级电阻R时，各路输出电流IEN即可确定。图4.3集成运算中的电流源电路7.有源负载共射放大电路图4.4有源负载共射放大电路(a)电路(b)交流等效电路电路的电压放大倍数8.有源负载差分放大电路利用镜像电流源可以使单端输出差分放大电路的差模放大倍数提高到接近双输出时的情况，常见的电路形式如图4.5所示。图4.5有源负载差分放大电路电路电压放大倍数与有源负载共射放大电路的相同，说明利用镜像电流源做有源负载，不但可以将T₁管集电极电流变化转换为输出电流，而且还可以将所有变化电流流向负载R。三、集成电路的性能指标及低频等效电路1.集成运放的主要参数(1)开环差模电压增益Aod:集成运放无外加反馈时的差模放大倍数，即通用型集成运放的Aod通常在10⁵左右，即100dB左右。(2)共模抑制比：差模放大倍数与共模放大倍数之比的绝对值，即(3)差模输入电阻rid:集成运放输入差模信号的输入电阻，rid越大，从信号源索取的电流(4)输入失调电压U₁o及其温漂dUo/dT:Uro是使输出电压为零时在输入端所加的补偿电(5)输入失调电流Io及其温漂dljo/dT:Io=IBi-IB2|;Io反映输入级差放管输入电流的不对(7)最大共模输入电压Uicmax:输入级能正常放大差模信号情况下允许输入的最大共模信(8)最大差模输入电压UIdmax:不至于使PN结反向击穿所允许的最大差模输入电压。(9)-3dB带宽fa:使Aod下降3dB(即下降到约0.707倍)时的信号频率。(10)单位增益带宽fc:使Aod下降到零分贝(即Aod=1,失去电压放大能力)时的信号频率。(11)转换速率SR:在大信号作用下输出电压在单位时间变化量的最大值，即2.集成运放低频等效电路Aod=00,Tid=0,ro=0,KcMR=,其他参数均忽略。①通用型②高阻型③高速型④低功耗型⑤高压型⑥大功率型⑦高精度型(4)作内阻为100kΩ信号源的放大器，应选用。ALI单位增益带宽BV257A2275A22Ici、Ic2,所以：当β(1+β)>3时Ic=I≈1g=100μA。4.4电路如图4.2所示，各晶体管的低频跨导均为gm,T₁和T₂管D-S间的动态电阻分别为解：由T₂和T₃组成的镜像电流源作为放大管T₁的有源负载，若Ti、T₂管D-S间动态电阻4.5电路如图4.3所示，T₁与T₂管特性相同，它们的低频跨导为gm;T₃与T₄管特性对称；T₂与T₄管D-S间动态电阻为rds₂和rds4。试求出电压放大倍数Au=△uo/△(un-u12)的表达图4.3图4.4解：(1)Ti、T₂组成的复合管与T₃、T4组成的复合管构成双端输入、单端输出的差分放大为源负载，将左半部分放大管的电流变化量转换到右边，故输出电流变化量及电路电流方法倍数分别为图4.5解：(1)在忽略二极管动态电阻的情况下4.8电路如图4.6所示，T₁与T₂管为超β管，电路具有理想的对称性。选择合适的答案填入空内。图4.6(1)该电路采用了A.共集-共基接法B.共集-共射接法C.共射-共基接法(2)电路所采用的上述接法是为了。A.增大输入电阻B.增大电流放大系数C.展宽频带(3)电路采用超口管能够A.增大输入级的耐压值B.增大放大能力C.增大带负载能力(4)T₁与T₂管的静态管压降约为C.不可知4.9在图4.7所示电路中，已知T₁~T3管的特性完全相同，β>>2;反相输入端的输入电流为in,同相输入端的输入电流为i12。试问：(1)icz≈?(2)iB₃≈?(3)Aui=△uo/(ui-U12)≈?图4.7解：(1)因为T₁和T₂为镜像关系，且β>>2,所以(3)因为I=βIa,所以4.10比较图4.8所示两个电路，分别说明它是如何消除交越失真和如何实现过流保护的。图4.8起过流保护作用。当T₂导通时，up₃=UBE2+°R-upl,未过流时OR较小，因uD₃小于开启电压使D₃截止；过流时因up₃大于开启电压使D₃导通，为T₂基极分流。D₄对T₄起过流保护，原因与上述相同。流保护。当T₂导通时，,未过流时OR₂较小，因UBE₆小于开启电压，故使T₆截止；过流时因UBE6大于开启电压，故使T₆导通，为T₂基极分流。T⁷对T₃起过流保护作用，原因与上述相同。4.11图4.9所示电路是某集成运放电路的一部分，单电源供电。试分析：(1)100μA电流源的作用；(2)T₄的工作状态(截止、放大、饱和);(3)50μA电流源的作用；(4)Ts与R的作用。图4.9解：(1)为T₁提供静态集电极电流、为T₂提供基极电流，并作为T₁的有源负载。(2)T₄截止。因为UB4=uci=uo+uR+uB₂+uB₃,UE4=uo,UB₄>UE4。(3)为T₃提供射极电流，在交流回路中等效为阻值非常大的电阻。图4.12(4)保护电路。UBES=¹R,未过流时Ts电流很小；过流时使5>50μA,Ts更多地为T₂4.12电路如图4.10所示，试说明各晶体管的作用。图4.104.13图4.11所示为简化的高精度运放电路原理图，试分析：图4.11解：(1)假设un为“+”,则各级电路的极性如图4.12所示。因此，un为反相输入端，UI₂(2)T₃和T₄管组成镜像电流源，作为T₁和T₂管的有源负载，使单端输出差分放大电路的差模放大倍数近似等于双端输出时的放大倍数。(3)为T₆设置静态电流，且为T₆的集电极有源负载，增大共射放大电路的放大能力。(4)消除交越失真。4.14通用型运放F747的内部电路如图4.13所示，试分析：(1)偏置电路由哪些元件组成?基准电流约为多少?(2)哪些是放大管?组成几级放大电路?每级各是什么基本电路?(3)T19、T₂o和R₈组成的电路的作用是什么?图4.13解：(1)观察图4.13所示电路，Rs(39kΩ)上的电流是惟一能够估算出的电流，因而这个电流是偏执电路中的基准电流，与之产生连带关系的原件产生偏执电路。T1o、Tn组成微电流源，T₈、T₉组成镜像电流源，T1₂、T13组成多路电流源。因此，偏置电路由T1o、Tu、基准电流：(2)电路为三级放大电路。信号从T₁、T₂的基极输入，又从它们的发射极输出，并作用于T₃、T₄的发射机，第一级电路从T₄的集电极输出；可见T₁、T₂为共集接法，T₃、T₄为共基接法。因此第一级是T₁~T₄构成的共集-共基差分放大电路，且为双端输入，单端输出。第一级的输出从T¹4的基极输入，发射机输出后作用于Tis的基极，并从Ti₅的集电极输出后作用于T16的基极，第二级是T14~T16构成的放大电路，T14为共集接法，Ti₅为共射接法，T16为共集接法。故第二级放大电路是共集-共射-共集电路。第二级的输出作用于T₂₃、T24的基极，并从它们的发射机输出，第三级是T₂₃、T₂4构成互补输出级。(3)消除交越失真。互补输出级两只管子的基极之间电压Ug23-B24=UBg20+Ugn9使T₂₃、T₂4处于微导通，从而消除交越失真。1.利用集成运放构成放大电路时需要使用平衡电阻，其目的是为了()。[中山大学2010研]A.降低温漂B.减小失小失调电流影响【答案】A查看答案极电阻Re上产生变化的电压(即负反馈电压),影响了晶体管b-e间静态电压，达到减小2.集成运放的输入级选用差动放大电路的主要原因是()。[北京科技大学2011研]A.减小温漂B.提高输入电阻C.增大放大倍数【答案】A查看答案01.如图4.20所示的威尔逊电流源，设三个管子参数相同，试证明京大学2000研]图4.20Ic₁=Ic₂In=Ig₂(4)当输出端接一RL=12kΩ的负载时，电压增益A为多少?[清华大学2006研]tR1M1何VT₃基极电位为由KVL定律得-Ucs=Ua-(-VE)=I(Rg+Res)=[24-Uo₂=V-IczRc-Ug=(12-0.37×10+0.7(2)电路为两级放大电路，VT₁、VT₂构成差分放大电路，而后一级放大电路的输入电阻是差放电路的负载，故在求放大倍数的同时应两个电路同时求取，由及共射放大器输入电阻Rg=r+(1+3)Rg=(2.3+81×3)kΩ=可得差分放大增益为由图4.21所示电路的次级放大增益如图4.22所示。图4.22次级放大增益总的电压增益为AJ=AmA=50.3×(-3.9)=-1u=5mV,a=Au=-196.2×5×10-³=-0.98(4)当输出端接一RL=12kΩ的负载时则有所以电压增益为第5章放大电路的频率响应5.1复习笔记一、频率响应概述由于放大电路中存在电抗性元件及晶体管极间电容，所以电路的放大倍数为频率的函数，这种关系称为频率响应或频率特性。1.高通电路高通电路及其频率响应如图5.1所示。设输出电压U。与输入电压U之比为A,下限截止频率则,2.低通电路fw=fa-f3.波特图1,相频纵轴取度数()。图5.4低通电路波特图①电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数T=RC。二、高频等效模型1.晶体管的高频等效模型古Cb8b0b0图5.5晶体管的高频等效模型2.晶体管电流放大倍数的频率响应共射截止频率是|β值下降到0.707A时的频率，即f≈βof,f、fr和f之间的关系：2.场效应管的高频等效模型(a)场效应管的高频等效模型*=o(b)简化模型图5.6场效应管的高频等效模型三、单管放大电路的频率响应1.单管共射放大电路的频率响应(1)中频电压放大倍数：(2)低频电压放大倍数：对数幅频特性及相频特性的表达式：(3)高频电压放大倍数：对数幅频特性及相频特性的表达式：综上所述，若考虑耦合电容及结电容的影响，对于频率从零到无穷大的输入电压，电压放大倍数的表达式应为2.单管共源放大电路的频率响应(1)中频放大倍数：Au的表达式：3.放大电路频率响应的改善和增益带宽积(1)为了改善单管放大电路的低频特性，需加大耦合电容及其回路电阻，以增大回路时间常数，从而降低下限频率。然而这种改善是很有限的，因此在信号频率很低的使用场合，应考虑采用直接耦合方式。(2)“带宽增益积”为中频放大倍数与通频带的乘积，即(3)场效应管的增益带宽积为场效应选定后，增益带宽积近似常量。因此，改善高频特性的根本办法是1.多级放大电路频率特性的定性分析设N级放大电路各级的电压放大倍数分别为Aul,Au₂,.….,AuN,则电路电压放大倍数：设一个N级放大电路各级的下限频率分别为fu,fi,…,fix,上限频率分别为fH,fH₂,…,fHN,通频带分别为fbt,fbw₂,…,fbwN,则该放大电路的下限频率、2.截止频率的估算(1)下限截止f:(2)上限截止fH:5.1在图5.1所示电路中，已知晶体管的rbb'、Cμ、Cπ,Ri≈rbe。f将。图5.3解：共射电路在中频带的相移为-180°,由波特图可看出中频放大倍数为1数：下限频率为1Hz和10Hz,上限频率为250kHz。5.4已知某电路的幅频特性如图5.4所示，试问：图5.4解：(1)波特图只有上限截止频率，故电路是直接耦合电路。(2)因为在高频段幅频特性为-60dB/十倍频，所以电路为三级放大电路。(4)从幅频特性高频段衰减斜率可知，该三级放大电路各级的上限频率均为10⁴Hz,故电5.5已知某电路电压放大倍数4试求解m、fi、fH,并画出波特图。解：把电压放大倍数写成下面的形式可以得出电路的波特图如图5.5所示。图5.55.6已知两级共射放大电路的电压放大倍数解：把电压放大倍数写成下面的形式可以得出A.=2×10³.无=10,波特图如图5.6所示。图5.65.7电路如图5.7所示。已知：晶体管的β、Tbb'、C均相等，所有电容的容量均相等，静态时所有电路中晶体管的发射极电流IEQ均相等。定性分析各电路，将结论填入空内。◎T0“OCO图5.7(1)低频特性最差即下限频率最高的电路是;(2)低频特性最好即下限频率最低的电路是；(3)高频特性最差即上限频率最低的电路是。解：由于电容的容量均相等，只需要比较各个电容回路中电阻的大小即可，例如在低频电容回路中电阻越大低频特性越好。5.8在图5